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Dampfkraftanlage mit Speisewasserspeicherung Zum Ausgleich von Belastungsspitzen
und zur Verringerung der aufzustellenden Kesselleistung in Dampfkraftwerken kommt
die Speicherung vorgewärmten Wassers zur Anwendung. Die Arbeitsweise eines solchen
Belastungsausgleiches beruht darauf, zu Zeiten schwacher Belastung eine größere
Menge an Kesselspeisewasser vorzuwärmen, als zur Kesselspeisung benötigt wird, und
dieses Heißwasser in einem Behälter aufzuspeichern. Zur Zeit der Spitze wird dann
das gespeicherte Wasser zur Kesselspeisung herangezogen und die Vorwärmung ganz
oder teilweise abgestellt. Der normalerweise für die Vorwärmung notwendige Heizdampf
wird auf diese Weise zur Arbeitsleistung in der Maschine frei, so daß bei gleicher
Kesselleistung eine höhere Maschinenarbeit erzielt werden kann als bei gleichzeitigem
Betrieb der Vorwärmung. Dabei ist es grundsätzlich gleichgültig, ob die Vorwärmung
des gespeicherten Wassers mit Frischdampf oder mit Anzapfdampf, der in der Maschine
Arbeit geleistet hat, erfolgt. Die. Vorwärmung selbst kann hierbei in einer oder
mehreren Stufen vor sich gehen. Die Größe der erzielbaren Leistungssteigerung durch
Abstellen der Vorwärmung hängt von der Temperatur des gespeicherten Wassers ab.
Je höher die Temperatur des Speicherwassers, um so größer ist die -mögliche Leistungssteigerung
in den Maschinen bei gleicher Dampferzeugung der Kessel. Der Inhalt der Speicherung
ist gegeben durch die zu deckende Arbeitsfläche. Bekannte Schaltungsarten der Gleichdruckspeicherung
sind in den Abb. i, 2 und 3 gezeigt.
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Die Abb. = stellt ein Beispiel dar für Speicherung bei Vorwärmung
des Wassers mit Frischdampf, der unter Umständen auf einen niedrigeren Druck reduziert
wird, so daß die Temperatur der Speicherung nicht unbedingt der Sattdampftemperatur
des Frischdampfes entsprechen muß. Zum Ausgleich der Pumpenförderung bzw. des Kondensatanfalles
von den Maschinen 2 ist zwischen Vorwärmer 3 und Kondensator einKaltwasserspeicher
i geschaltet. Dieser Kaltwasserspeicher ist so groß gehalten, daß er in der Lage
ist, zur Zeit der Spitzenlast das von der Turbine 2 anfallende Kondensat aufzunehmen,
während der Warmspeicher 3 das Speisewasser für den Kessel q. liefert.
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Die Abb. 2 zeigt eine Schaltungsart mit mehrstufiger Vorwärmung durch
Anzapfdampf. Die Vorwärmer 5 und 6 sind hierbei als Oberflächenapparate angegeben.
Sie können indessen auch als Mischvorwärmer ausgebildet sein; in diesem Falle wird
aber die Zwischenschaltung von Pumpen erforderlich. Die Sicherstellung der Arbeitsweise
und eine gewisse Unregelmäßigkeit der Förderung dieser Pumpen machen es dann
erforderlich,
im Mischvorwärmer einen kleineren Wasservorrat zu halten, der aber nicht der eigentlichen
Spitzendeckung dient.
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Die Abb. 3 zeigt eine weitere Schaltung unter Anwendung eines sogenannt=n
Verdrängungsspeichers 7. Kalt- und Warmspeicher sind hier zu einem Behälter vereinigt.
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Wie schon erwähnt, wird die Höhe der Leistungssteigerung bestimmt
durch die Temperatur des gespeicherten Wassers. Die Kosten der Gleichdruckspeicherung
sind nun ebenfalls stark abhängig von dem Druck im Speicher, der ja seinerseits
der Temperatur des Wassers angepaßt sein muß.
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Der grundsätzliche Verlauf der Kosten K für die Einheit der gespeicherten
Wassermenge in Abhängigkeit von der Speichertemperatur T ist in Abb. q. gezeigt.
Man ersieht hieraus, daß die Kosten bis zu einer bestimmten Temperatur nur wenig
ansteigen, dann aber sehr stark zunehmen. Die Menge des für die Arbeitseinheit zu
speichernden Wassers W nimmt nun umgekehrt mit steigender Temperatur ab, wie in
ihrem grundsätzlichen Verlauf die Kurve der Abb. 5 zeigt. Errechnet man nach Abb.
q. und 5 die Anlagekosten der Speicherung für die gespeicherte Arbeitseinheit A,
so ergibt sich eine Abhängigkeit von der Temperatur der Speicherung, die für einen
bestimmten Fall in Abb. 6 angegeben wurde. Die Kostenwerden hiernach bei einer bestimmten
Temperatur für das zu speichernde Wasser ein Minimum. Bei Abweichung von dieser
Temperatur nehmen die Kosten nach beiden Seiten stark zu. Hieraus ergibt sich eine
wirtschaftlichste Temperatur für die Speicherung. Nun ist aber, wie schon angedeutet,
mit dieser Temperatur eine bestimmte höchstmögliche Leistungssteigerung verbunden.
Wird eine größere Leistungssteigerung verlangt, so müßte notgedrungen auch die Speicherung
mit einer höheren Temperatur erfolgen, womit anderseits eine Zunahme der Kosten
für die Speicheranlage verbunden ist.
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Um eine Verringerung der Kosten zu erzielen, soll nun erfindungsgemäß
der Ausgleich von Schwankungen in der Kesselbelastung durch Speisewasserspeicherung
derart erfolgen, daß die Speicherung in mehreren Stufen verschiedener Temperatur
und verschiedenen Druckes erfolgt und daß der Speicher niedrigsten Druckes und niedrigster
Temperatur für diejenige Temperatur bemessen ist, die die geringsten Kosten für
die gespeicherte Arbeitseinheit ergibt, während der oder die anderen Speicher höherer
Temperatur für diejenige Temperaturspanne bemessen sind, die zwischen der Temperatur
des vorgenannten Speichers und der nach dem geforderten Belastungsausgleich sich
ergebenden Temperatur liegt.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, neben dem Speisewasserspeicher
zum Ausgleich von Schwankungen im Frischdampfnetz einen weiteren Speicher vorzusehen,
der Schwankungen in einem Abdampfnetz ausgleichen soll. Diese beiden Speicher sind
jedoch voneinander vollkommen unabhängig, weil sie zum Ausgleich von zwei verschiedenen
Dampfnetzen dienen. Demgegenüber betrifft die Erfindung eine besondere Ausbildung
eines Speichers, der zum Ausgleich der Schwankungen eines Dampfnetzes dient. Es
ist ferner derVorschlag bekanntgeworden, vorhandene Behälter verschiedener Druckfestigkeit
zu Speicherzwecken zu verwenden und die Speicher derart aufzuladen bzw. zu entladen,
daß den verschiedenwertigen Speichern zunächst gleichzeitig gleiche Wärmemengen
in Wasser- oder Dampfform bis zu einem gewissen, durch den geringerwertigen Speicher
bestimmten Ladewert zugeführt werden, worauf eine Abschaltung des geringerwertigen
Speichers erfolgt und die übrigen Speicher bis zum zulässigen Höchstdruck aufgeladen
werden, während bei der Entladung zunächst die unter höherem Druck stehenden Speicher
entladen und nach Erreichung des Druckes der übrigen Speicher diese an der Entladung
beteiligt werden. Bei diesen bekannten Anlagen handelt es sich jedoch nicht um Speisewasserspeicher,
sondern um Gefällespeicher, und die Anordnung ist nicht so getroffen, daß der Speicher
niedriger Temperatur derart bemessen ist, daß sich die geringsten Kosten für die
gespeicherte Arbeitseinheit ergeben und daß der Speicher höheren Druckes die Temperaturspanne
ausgleicht, die zwischen der Temperatur des vorgenannten Speichers und der nach
dem geforderten Belastungsausgleich sich ergebenden Temperatur liegt. Erst durch
diese Anordnung wird es möglich, die Anschaffungskosten für die Speicheranlage wesentlich
herabzusetzen.
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Beispiele für die Anwendung dieser Erfindung zeigen die Abb. 7 und
B.
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Abb. 7 stellt eine zweistufige Speicherung bei Vorwärmung mit Frischdampf
dar. Die Hochdruckspeicherung 8 erfolgt mit einer bestimmten Temperatur, entsprechend
dtr geforderten Leistungssteigerung, die Niederdruckspeicherung 9 mit der günstigsten
Temperatur, die sich nach Abb. 6 und der Form der zu deckenden Arbeitsfläche ergibt.
Die Arbeitsweise erfolgt hierbei derart, daß bei Beginn der Spitzenlast lediglich
der Zufluß zum Niederdruckspeicher g gedrosselt oder abgestellt wird, so daß vorläufig
nur der Vorwärmdampf des Niederdruckspeichers zur Arbeitsleistung frei wird. Bei
völliger Abstellung des Zuflusses zum Niederdruckspeicher ist die entsprechend seiner
Temperatur erzielbare Leistungssteigerung erreicht. Mit weiterer Leistungsanforderung
muß auch der Zufluß vom Niederdruckspeicher zum Hochdruckspeicher 8 gedrosselt bzw.
abgestellt werden, so daß auch der für die Vorwärmung zum Hochdruckspeicher
erforderliche
Vorwärmdampf frei wird. Sinkt dann die Belastung auf den Wert der Leistungssteigerung,
die von der Temperatur des Niederdruckspeichers übernommen werden kann, so übernimmt
wieder der Niederdruckspeicher allein den Leistungsausgleich. Der Hochdruckspeicher
dient dann lediglich als Durchflußstelle, da ihm das für die Kesselspeisung entzogene
Speisewasser vom Niederdruckspeicher zugeführt wird.
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Die verschiedenen Temperaturen im Hoch-und Niederdruckspeicher werden
durch verschiedene Abdrosselung des für die Vorwärmung entzogenen Frischdampfes
erreicht.
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Die Abb. 8 zeigt die Anwendung der Erfindung bei Vorwärmung mit Anzapfdampf.
Eine grundsätzliche Änderung gegenüber der Abb. 7 liegt hierin nicht.
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Im übrigen sind die Anlagen beider Abbildungen lediglich als Ausführungsbeispiele
aufzufassen. Die Erfindung läßt eine große Anzahl weiterer Schaltungen zu; z. B.
kann die Vorwärmung in besonderen Apparaten, die als Oberflächenvorwärmer oder auch
als Mischvorwärmer ausgebildet sind, erfolgen. Eine Vereinigung von Frischdampfvorwärmung
und Anzapfdampfvorwärmung ist ebenfalls möglich. Ferner ist es für die Anwendung
des Erfindungsgedankens nicht erforderlich, daß die Kesselspeisung mit der Temperatur
des Hochdruckspeichers erfolgt, , da dem Hochdruckspeicher unter Umständen ein weiterer
Vorwärmer beliebiger Bauart vorgeschaltet sein kann.
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Der Regelungsimpuls für den Belastungsausgleich kann in einer an sich
bekannten Weise vom Druck der Frischdampfleitung oder von der Belastung der Tourenzahl
der Maschinen usw. hergeleitet werden. Geregelt wird entweder der Zufluß zum Hoch-
und Niederdruckspeicher oder aber die Menge des entnommenen Vorwärmdampfes ; sie
bleibt auch bei Aufstellung von Verdrängungsspeichern grundsätzlich die gleiche.